[发明专利]阴离子掺杂改性锂离子电池正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了阴离子掺杂改性锂离子电池正极材料，锂离子电池正极材料的化学式为Li[Li_1‑x‑2yNi_xCo_yMn_2‑2x‑y/3]O_2‑zSe_z，其中0.5＜x≤1；0≤y≤0.2；0.776≤x+2y≤1；0＜z≤0.1；本发明还公开了阴离子掺杂改性锂离子电池正极材料的制备方法及其应用；本发明制备的硒掺杂改性的锂离子电池正极材料，在锂离子电池应用中，展现出优异的倍率性能和循环性能，使得锂离子电池有较高的功率密度和较好的循环寿命。

技术领域

本发明属于能源存储与改性转化技术领域，具体涉及阴离子掺杂改性锂离子电池正极材料。

本发明还涉及阴离子掺杂改性锂离子电池正极材料的制备方法及其应用。

背景技术

锂离子电池由于其具有高能量密度、长循环寿命等优越特性，广泛应用于移动电源、电动汽车、航空航天等领域。在锂离子电池中，电极材料是锂离子电池的核心，其决定了锂离子电池的比能量、循环寿命和抗负荷能力等多项关键性能。目前锂离子电池的下一应用阶段主要在电动汽车方面，而其中最为关键的是动力型锂离子电池的开发，其中锂离子电池成本主要集中于锂离子电池正极材料。因此，开发出高比能和高循环寿命的锂离子电池正极材料是当前国内外的研究焦点，其中为满足其在电动汽车方面的应用，如何进一步提高其能量密度是首要问题。

表面掺杂是通过采用一种或多种物理化学手段，优化目标材料颗粒表界面，进而改善材料的综合性能。当前多数研究人员利用多种元素对正极材料进行阳离子掺杂改性，结果表明，不同元素掺杂的正极材料会有不同的效果，但大部分阳离子掺杂都是以牺牲正极材料比容量，提升正极材料的循环性能。阴离子掺杂改性正极材料理论上可以在不损失正极材料容量的条件下，改善正极材料的电化学性能。

目前已有的阴离子掺杂锂离子电池正极材料的制备方法主要有溶胶凝胶-高温烧结法等，如公开专利CN103943841A，其存在改性效果粗糙，选用材料繁多，过程繁琐，控制困难等问题，虽然提高了正极材料的放电容量，但严重浪费水资源，环境不友好。因此，寻找一种有成效，操作简单，成本低并且环境友好的制备方法势在必行。

发明内容

本发明的第一个目的是提供阴离子掺杂改性锂离子电池正极材料，解决了锂离子电池高倍率性能较差的问题。

本发明的第二个目的是提供阴离子掺杂改性锂离子电池正极材料的制备方法。

本发明第三个目的是提供阴离子掺杂改性锂离子电池正极材料在制备锂离子电池方面的应用。

本发明所采用的第一个技术方案是，阴离子掺杂改性锂离子电池正极材料，锂离子电池正极材料的化学式为Li[Li_1-x-2yNi_xCo_yMn_2-2x-y/3]O_2-zSe_z，其中0.5＜x≤1；0≤y≤0.2；0.776≤x+2y≤1；0＜z≤0.1。

本发明的第一个技术方案的特点还在于：

其中阴离子掺杂改性锂离子的电池正极材料的改性层厚度为1～3nm。

本发明所采用的第二个技术方案是，阴离子掺杂改性锂离子电池正极材料的制备方法，具体按以下步骤实施：

步骤1，取硒源和锂离子电池正极材料分别放置在管式炉上游和下游；

步骤2，通入惰性气体，置换管式炉中的气氛，使管式炉内保持一种惰性气氛；

步骤3，控制上下游温度，进行升温保温过程，即得硒掺杂的锂离子电池正极材料。

本发明第二个技术方案的特点还在于：